仪器分析光学分析法导论

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1、第一章光学分析法导论电磁辐射原子光谱分子光谱光学分析法——根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用建立的一类分析方法主要应用在物质组成和结构的研究，基团的识别，几何构型的确定，表面分析，定量分析等方面.历史上，此相互作用只是局限于电磁辐射与物质的作用，这也是目前应用最为普遍的方法。现在，光谱方法已扩展到其它各种形式的能量与物质的相互作用，如声波、粒子束（离子和电子）等与物质的作用任何光学分析法均包含三个部分：1、能源提供能量2、能量与被测物质相互作用3、产生被检测信号§1~1基本原理一、电磁辐射的性质（波粒二象性）1、波动性—用频率、波长、

2、波数表示频率—每秒钟内电磁场振荡的次数，Hz/s-1波长—电磁波相邻两个波峰或波谷间的距离，cm/m/nm1m=100cm=1000mm=106μm=109nm=1012Å波数—1cm内波的数目，cm-1=1/(单位：cm)波速—电磁波传播的速度，真空中等于光速c=3×1010cm·s-1=3×108m·s-1电磁辐射为正弦波（波长、频率、速度、振幅）。与其它波，如声波不同，电磁波不需传播介质，可在真空中传输。磁场传播方向电场单光色平面偏振光的传播y=Asin(t+)=Asin(2vt+)三者之间的关系为：C为常数，故波长越

3、长，频率越低，二者成反比关系光的传播速度随介质而异，在真空中传播速度最大，其他介质中的传播速度可根据折射率计算：不同电磁辐射在真空中传播速度：相同同一电磁辐射在不同介质中传播速度：不同2、粒子性（光电效应）光是由光量子或光子流所组成，光子能量与光波频率之间的关系为：E=h=hc/=hc越长，E越小h：普朗克常数6.626×10-34j·sE常用单位：eV（电子伏特）、J（焦耳）1eV=1.60×10-19J量子理论(MaxPlanck，1900)：物质粒子总是处于特定的不连续的能量状态，即能量是量子化的；处于不同能量状态粒子之间发生能量跃迁

4、时的能量差E可用h表示。两个重要推论：物质粒子存在不连续的能态，各能态具有特定的能量。当粒子的状态发生变化时，该粒子将吸收或发射完全等于两个能级之间的能量差；反之亦是成立的，即E=E1-E0=h电磁波谱把电磁辐射按波长大小顺序排列就得到电磁波谱0.005nm10nm200nm400nm780nm0.1cm100cm104cmX射线区远紫外近紫外可见光红外微波区无线电波长短波长长能量大光谱分析法能量小粒子性波动性γ射线→X射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波高能辐射区γ射线能量最高，来源于核能级跃迁χ射线来自内层电子能级的跃迁光学光谱

5、区紫外光来自原子和分子外层电子能级的跃迁可见光红外光来自分子振动和转动能级的跃迁波谱区微波来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁无线电波来自原子核自旋能级的跃迁波长长二、原子的能级能级状态：描述核外电子的运动状态（一）光谱项1.外层为一个价电子，其能级可由四个量子数表示：主量子数n，角量子数l,磁量子数m,自旋量子数ms2.外层为多个价电子，电子运动状态需用主量子数n；总角量子数L；总自旋量子数S；内量子数J来描述。1、n—主量子数与描述核外电子运动状态的主量子数意义相同，描述电子在哪个电子层运动，决定能量状态的主要参数n越大，离核越远，能量越高n取值

6、：1，2，3，4，5，6…相应符号：L，M，N，O，P，Q2、L—总角量子数（1）单电子原子角量子数l：描述电子云形状，决定电子运动的角动量l取值：0，1，2，3，……，n－1相应符号：s,p,d,f,……l的每一个取值表示一种形状的电子云l＝0－圆球形、l＝1－哑铃形，l＝2，花瓣形等（2）多电子原子总角量子数：L=∑l外层价电子角量子数的矢量和如：具有两个价电子的原子L的取值为：L=

7、l1+l2

8、，

9、l1+l2-1

10、，······，

11、l1-l2

12、由两个角量子数l1和l2之和变到它们之差，间隔为1的所有数值分别用S，P，D，F······，表示:

13、L=0，1，2，3，······，例：碳原子，基态的电子层结构(1s)2(2s)2(2p)2，两个外层2p电子：l1+l2=2；L=2，1，0。L=∑li，l=0,1,2,…L=

14、l1+l2

15、，

16、l1+l2-1

17、，…

18、l1-l2

19、由两个角量子数l1和l2之和变到它们之差,间隔为1的所有数值例:价电子组态为np1nd1的原子.l1=1,l2=2;L可取3,2,1C原子:基态电子结构1s22s22p2,未满外层电子是2p2,l1=l2=1,L可取2,1,03、S—总自旋量子数（1）单电子原子自旋量子数s：描述电子自旋的正转和反转，即顺时针或逆时针转动s

20、取值：1/2（只有一个）s方向：+1/2，-1/2（有两个）（2）多电子原子--总自旋量子数S每个价电子自旋量子数s的矢量